医学信息学解锁21（2020）100461针对COVID-19的候选药物的计算机吴一飞，关勇. 放大图片作者：Chang b，Lei Lou a，Lorette G. Edwards a，c，Bly K. Doma，Zhong-Ru Xie a，*a计算药物发现实验室，电气和计算机工程学院，工程学院，佐治亚大学，雅典，30602，GA，美国b国立台湾海洋大学计算机科学与工程系，基隆，202，台湾美国佐治亚州雅典市佐治亚大学富兰克林艺术与科学学院A R T I C L EI N FO保留字：COVID-19配体-蛋白质对接虚拟筛选Remdesivir主要蛋白酶rna依赖性RNA聚合酶A B S T R A C TCOVID-19疫情在全球造成前所未有的健康及经济危机。然而，目前没有有效的药物或治疗策略来治疗这种疾病。在这里，为了阐明抑制作用，我们首先测试了11种HIV-1蛋白酶抑制剂或其药物的结合亲和力共增强子与SARS-CoV-2主要蛋白酶（Mpro）对接，12个核苷酸类似物抑制剂与RNA依赖性RNA聚合酶（RdRp）对接。为了进一步获得有效的候选药物，我们通过SARS-CoV-2 Mpro的虚拟筛选，筛选了728种已批准的药物。我们的结果表明，remdesivir显示最好的结合能RdRp和沙奎韦是最好的抑制剂的Mpro。基于结合能，我们还列出10种排名靠前的批准药物，它们可能是Mpro的潜在抑制剂。总的来说，我们的研究结果不仅为进一步的实验和临床试验提出候选药物，同时也为未来的先导药物优化和药物设计铺平道路。1. 介绍COVID-19是由严重急性呼吸综合征冠状病毒2型（SARS-CoV-2）引起的传染病，危害全球健康和经济。SARS-CoV-2是一种正义单链RNA病毒，与SARS-CoV的基因序列有79.5%的相似性[1]。尽管COVID-19的致死率估计低于SARS（9.5%），但其传染性高于SARS-CoV [2]。截至2020年9月20日，COVID-19疫情迄今已确诊3000万例，死亡961,400例[3]。为了对抗SARS-CoV-2，已经提出并测试了许多非特异性抗病毒药物，例如remdesivir、favipiravir和lopina-vir-ritonavir [ 4，5，6 ]。然而，由于相互矛盾的实验结果，关于药物疗效的争论仍在继续。目前，缺乏有效的药物或疫苗间接导致感染人数增加。发现基于治疗性蛋白质靶点的有效药物，应对病毒威胁的战略。目前主要有5种蛋白质靶点，分别是S蛋白、ACE2、M蛋白酶、木瓜蛋白酶样蛋白酶、血管紧张素转换酶2、血管紧张素转换酶2。酶（PLpro）和RNA依赖性RNA聚合酶（RdRp）。首先，SARS-CoV-2 S蛋白与宿主细胞受体ACE 2相互作用，介导SARS-CoV-2进入宿主细胞[7]。 然后，S蛋白被引发，人蛋白酶TMPRSS2。卡莫司他甲磺酸盐可阻断TMPRSS 2的活性，可治疗SARS-CoV-2感染的患者[8]。唇肽EK 1C 4作为SARS-CoV-2 S蛋白介导的膜融合的抑制剂产生，其也用于治疗COVID-19 [9]。对于ACE 2，由于研究有限，肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）抑制剂的作用仍不确定[ 10 ]。病毒RNA进入宿主细胞后基因组被释放并翻译成多聚蛋白。然后，这些多聚蛋白被Mpro和PLpro切割成非结构蛋白，如RdRp（图1）。Mpro和PLpro通过在某些位点切割病毒多聚蛋白前体来介导病毒复制[11]。有11Mpro切割位点和3个PL前切割位点[12]。抑制Mpro可阻断病毒蛋白的合成因此，在病毒中的关键作用生命周期和在人类中缺乏密切相关的同源物使得Mpro和PLpro作为药物靶标具有吸引力此外，RdRp也是一种催化病毒RNA合成的关键治疗性蛋白质靶标。在病毒RNA复制和翻译之后，新的病毒组分被组装和释放。到目前为止，已经报道了许多药物;然而，仍然没有针对COVID-19的显著有效的药物。植物化学物质已被提议作为SARS-CoV-2的潜在抑制剂，但仍在研究中[13]。联合用药洛匹那韦和利托那韦是HIV-1蛋白酶抑制剂，已对COVID-19患者进行了测试;然而，* 通讯作者。电子邮件地址：paulX ie@uga.edu（Z.-R. Xie）。https://doi.org/10.1016/j.imu.2020.100461接收日期：2020年9月20日;接收日期：2020年10月16日;接受日期：2020年10月16日2020年10月20日网上发售2352-9148/©2020的 作者。发表通过 Elsevier 公司这是一个开放接入文章下的CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）中找到。可在ScienceDirect上获得目录列表医学信息学期刊主页：http://www.elsevier.com/locate/imuY. Wu等人医学信息学解锁21（2020）1004612==±用洛匹那韦-利托那韦治疗没有观察到显著的益处今年2月，制药公司吉利德使用前药remdesivir成功治愈了一名COVID-19患者[14]。然而，有限的样本量无法证明该药物对所有患者有效[15]。尽管Remdesivir被世界卫生组织（WHO）认为是最有前途的治疗方法之一[16]，并被一些国家或地区有条件地批准[17]，但需要阐明抑制的细节，以供未来的药物发现。此外，仍有许多潜在的候选药物没有明确的机制-nisms。例如，研究药物依布硒啉具有较强的抑制作用，IC50值约为1μ M;然而，靶蛋白和抑制机制仍不清楚[18，19]。另一种前药法匹拉韦被提议作为COVID-19的潜在临床干预措施，但缺乏抑制机制[4]。为加速COVID-19的药物开发，我们尝试以计算方法虚拟检验所提出药剂的功效。大多数拟议的代理商是FDA批准的药物抑制HIV-1蛋白酶或靶向SARS-CoV-2 Mpro或RdRp的核苷酸类似物。因此，我们将这些拟议的药物或前药对接到其潜在的靶蛋白，SARS-CoV-2的Mpro或RdRp由于SARS-CoV-2是一种与SARS病毒高度相似的RNA病毒，并且最初提出了一些前体药物如Remdesivir来靶向SARS，因此我们将候选药物对接到两种病毒的靶蛋白并比较对接结果。因此，沙奎那韦和瑞德西韦分别是SARS-CoV-2的Mpro和RdRp的最佳抑制剂。 我们还通过对接728个获批药品从DrugBank（https://go.drugbank.com/）[20，21，22 -24 ]到SARS-CoV-2 M pro 并提出了10个排名靠前的活页夹，供进一步研究。实验和临床试验（图2）。我们的研究结果不仅为进一步的实验和临床试验提供了候选药物，而且为未来的先导药物优化和药物设计铺平了道路。2. 方法和材料2.1. 蛋白质结构制备HIV-1蛋白酶（PDB ID：2 Q5 K）的结构[25]，SARS-CoVM亲 （PDB ID：4MDS）[26]，SARS-CoV-2 M pro （PDB ID：6LU7）[18]，和SARS-CoV-2 RdRp（PDB ID：6 M71）[27]从RCSB的蛋白质数据库（www.example.com）[ 28 ]检索https://www.rcsb.org/选择HIV-1蛋白酶和SARS-CoV Mpro作为对照组。HIV-1蛋白酶在SARS-CoV-2 M pro上对接了抑制剂， 和抑制作用，比较了原始靶点（HIV-1蛋白酶）和新靶点（SARS-CoV-2 Mpro）之间的差异。选择SARS-CoV Mpro作为对照，因为我们打算比较两种靶点之间的抑制作用，具有很高的基因序列相似性[1]。从PDB文件3H5Y中提取RNA结构[29]。然后，使用Maestro（Schrodinger，版本11.9）组合为了将腺苷或其他三种核苷酸类似物抑制剂对接到RdRps上的活性位点上，引入的核苷酸突变为UMP或另一种相应的核苷5′-单磷酸。通过Maestro中的蛋白质制备向导制备所有蛋白质结构[30]。蛋白质制备的工作流程包括三个步骤。第一步是预处理，包括分配键级，添加氢，与金属形成零级键，形成二硫化物，使用Prime填充缺失的侧链，从het基团中删除超过5.00 nm的水分子，并使用Epik（pH 7）生成het状态。02. [31]。 第二步是优化， 其包含使用PROPKA默认设置（pH 7.0）和执行优化[32]。第三步是最小化。该步骤使用OPLS3e力场进行[33]。收敛重原子的均方根偏差（RMSD）为0.30 μ m（默认设置）。2.2. 配体制备HIV-1蛋白酶抑制剂、蛋白酶抑制剂的phar-maco增强剂和核苷酸类 似 物 抑 制 剂 的 3D 分 子 结 构 从 PubChem 数 据 库（https://pubchem.ncbi.nlm）获得。nih.gov/）。从DrugBank检索用 于 虚 拟 筛 选 的 已 批 准 药 物 的 3D 分 子 结 构 Remdesivir-TP 、Favipiravir-TP 和 Galidesivir-TP 的 3D 分 子 结 构 使 用 Maestro 中 的Ligprep板制备所有化合物。力场是OPLS3e [33]。制备过程Fig. 1. SARS-CoV-2生命周期示意图Y. Wu等人医学信息学解锁21（2020）1004613--图二、本研究实验设计流程图。包括添加氢、计算正确的部分电荷和优化结构。2.3. 配体-蛋白质对接为了研究配体与靶蛋白之间的相互作用并估计它们的结合能，使用Maestro中的配体对接面板进行配体-蛋白质对接。在分别使用Ligprep和Protein Preparation制备配体和靶蛋白之后，生成受体网格框。对于蛋白酶，根据现有抑制剂的结合位点生成受体网格[18，25，26，34]。对于SARS-CoV-2 RdRp及其突变体，根据传入dNTP的位置生成受体网格，因为抑制剂应该与传入dNTP竞争结合位点[27]。受体网格框X的大小设置为默认值（20 mm）。然后，用超精密（XP）模式进行配体-蛋白质对接。2.4. MM-GBSA计算Prime MM-GBSA是一个计算MM-GBSA（分子力学广义玻恩表面积）连续溶剂化模型中配体结合能的工具。蛋白质和配体之间的结合能（ΔGbind）反映了它们相互结合的稳定性。因此，我们通过计算MM-GBSA能量来检查抑制剂是否与其靶蛋白紧密结合。此处，使用Maestro中的Prime MM-GBSA模块估计ΔG结合。对接复合体的姿态查看器文件被上传到MM-GBSA面板中。力场是OPLS3e [33]。2.5. 虚拟筛选为了筛选更有效的SARS-CoV-2 Mpro药物，已批准药物（2，635种药物）的结构以.sdf格式从DrugBank下载。由于11种HIV-1蛋白酶抑制剂的分子量在500到800之间，因此我们挑选出728种分子量在400到1000之间的药物。然后采用XP模式将728种药物与SARS-CoV-2蛋白酶对接。然后，根据本研究中检测的HIV-1蛋白酶抑制剂的对接分数，我们设定了进一步筛选的截断标准斯奎那韦的对接分数和cobicistat，其结合亲和力优于其他HIV-1蛋白酶抑制剂或其药物增强剂，为-5.409（沙奎那韦）和-6.655（cobicistat）。因此，我们认为，到识别潜在抑制剂与沙奎那韦和cobicistat相比， 5作为 一个截止标准。共有346个化合物的对接分数优于5。接下来，我们计算了这些化合物的MM-GBSA能量。根据MM-GBSA能量，选出前10个最好的化合物。2.6. 分子动力学模拟RNA和RdRp的结构已经在Maestro中结合，因为RNA结合RdRp的复杂结构刚刚发表[35]。为了获得稳定的蛋白质-RNA复合物用于后续的对接实验，我们进行了分子动力学模拟以获得具有低势能的复合物。使用GROMACS版本2018.1和CHARMM 36全原子力场进行分子动力学（MD）模拟[36，37在Maestro中获得蛋白质-RNA复合物的起始坐标。然后我们用一个三次体X作为 单元电池，并将其充满水。在添加离子之后，将络合物最小化50，000步最陡下降最小化。接下来，使用NVT系综（恒定的粒子数、体积和温度）和NPT系综（粒子数、压力和温度）平衡复合物。平衡的目标温度为300 K。最后一步包括执行模拟，lations为100ns。最后，输出具有低势能的PDB文件，并准备在Maestro中对接。从蛋白质分解到MM-GBSA计算，OPLS 3e始终用作力场。3. 结果3.1. HIV-1蛋白酶抑制剂负责病毒蛋白质的蛋白水解过程的冠状病毒在此，为了发现针对蛋白酶的有效药物并证明其药理作用，通过配体-蛋白质对接研究了 我们首先选择11种HIV-1蛋白酶抑制剂及其药物增强剂[41]对接到SARS-CoV-2 Mpro（PDB ID：6LU 7）[18]和SARS-CoV Mpro（PDB ID：4 MDS）[26]。同时，HIV-1蛋白酶（PDB ID：2 Q5 K）[25]用于对接作为阳性对照。在此基础上，用Prime MM-GBSA计算了MM-GBSA的结合能。从表1中，我们发现沙奎那韦和cobicistat与SARS-CoV-2 Mpro的结合能最好，为-106.17Y. Wu等人医学信息学解锁21（2020）1004614------表111种HIV-1蛋白酶抑制剂及其药物增强剂与HIV-1蛋白酶（2 Q5 K）、SARS-CoVMpro（4 MDS）和SARS-CoV-2 Mpro（6LU 7）的结合能（kcal/mol）。抑制剂分子量（g/ mol）HIV-1蛋白酶（2Q5K）SARS-CoVMpro（4MDS）SARS-CoV-2Mpro（6LU7）洛匹那韦628.8-122.77-87.97-78.10茚地那韦613.8-122.53-78.16-76.80利托那韦720.9-119.08-98.72-92.36奈非那韦567.8-96.72-79.02-73.96达芦那韦547.7-88.62-61.55-55.69安普那韦505.6-76.45-62.07-69.57替拉那韦602.7-101.62-57.69-67.62福沙那韦585.6-72-57.67-60.67阿扎那韦704.9-116.65-94.53-85.98沙奎那韦670.8-112.07-90.35-106.17考比司他776-118.25-99.54-115.61kcal/mol和115.61 kcal/mol。然而，cobicistat是一种药物增强剂，其主要作用机制是抑制人CYP3A，肝酶代谢药物化合物[42]。与cobicistat一样，另一种HIV-1蛋白酶抑制剂利托那韦（ritonavir）抑制肝酶，通常与其他药物联合使用因此，我们建议沙奎那韦应该是11种对接药物中的最佳候选药物。Cobicistat还显示了SARS-CoV M pro的最佳MM-GBSA能量 （99.54千卡/摩尔），略低比SARS-CoV-2 Mpro上的要高。对于HIV-1蛋白酶，MM-GBSA洛匹那韦的能量为122.77 kcal/mol，是11种抑制剂中最好的。然而，洛匹那韦和利托那韦的MM-GBSA能量对SARS-CoV-2M亲是只78.10 和92.36千卡/摩尔，这表明洛匹那韦和利托那韦可能对COVID-19治疗不够有效。这一结果与报告的结论一致，即洛匹那韦-利托那韦治疗对重度COVID-19患者无获益[ 5 ]。为了进一步理解排名靠前的沙奎那韦的抑制作用，对接姿势和2D蛋白质-配体相互作用如图3所示。沙奎那韦与ASN 142之间形成三个氢键，沙奎那韦与GLU 166之间形成三个氢键。沙奎那韦还分别与HIS 164和GLN 189都具有氢键。形成更多的氢键可能导致沙奎那韦更好的结合亲和力。3.2. 核苷酸类似物抑制剂由于SARS-CoV-2是一种RNA病毒，阻断病毒RNA的合成是另一种关键的抗病毒策略。RNA复制和转录过程这种复合物由病毒非结构蛋白（nsps）组成，其中含有nsp7，nsp8和nsp12。在这里，我们应用RdRp复合物（PDB ID：6 M71）[27]的cryo-EM结构作为对接实验的受体当我们进行对接实验时，在6M71中没有确定结合RNA的结构。然而，结合药物必须同时与RdRp和延伸RNA分子相互作用为了模拟核苷酸类似物抑制剂的抑制作用并正确预测对接位姿，我们从PDB文件3H5Y中提取RNA结构，即与RNA结合的诺如病毒RNA聚合酶的结构，并将RNA与6M71结合。核苷酸类似物抑制剂是一类重要的抗病毒药物试剂，其结合到DNA或RNA聚合酶的活性位点上以与核苷酸底物竞争。因此，我们测试了核苷酸类似物抑制剂对SARS-CoV-2 RdRp的抑制作用。在此，瑞德西韦，作为一个有前途的腺苷类似物前体药物，被用作主要配体，以阐明抑制作用的机制。同时，我们将其他11种核苷酸类似物抑制剂作为SARS-CoV-2的对照组RdRp（表2）的情况。传统上， 分子 对接是图三. SARS-CoV-2 Mpro（PDB ID：6LU 7）上沙奎那韦的对接姿势和2D配体-蛋白质相互作用。粉色箭头表示氢键。(For关于这一图中颜色的解释，请读者参阅本文的网络版。）表2选 定 的 核 苷 酸 类 似 物 抑 制 剂 与SARS-CoV-2 RdRp （ 6 M71 ） 对 接 的 结 合 能（kcal/mol）。配体核苷结合能ATPa-52.12Remdesivir-TPA-58.94法匹拉韦-TPA，G-45.72Galidesivir-TPA-42.47GS-4611203 U，T-36.50阿非迪霉素C-41.45Combivir T-38.98去羟肌苷A-38.05扎西他滨C-37.62司他夫定T-31.74拉米夫定-TP C-47.54卡波韦-TP G-49.63（-）FTC-TP C-37.42一 ATP是底物。主要用于模拟配体与靶蛋白的结合。通常，其他分子如DNA和RNA未被考虑在内。所提出的在RNA聚合酶的空活性位点上的结合并不反映候选药物的实际结合机制和结合倾向;因此，发现与RdRp的空口袋结合的那些高得分候选药物不能被认为是有效的。可靠在RdRp的对接实验中，将潜在的配体对接到RNA链的3′-末端，对接结果表明，好的抑制剂总是与末端核相互作用。肽 和 蛋 白 质 上 的 结 合 或 催 化 残 基 。 在 对 接 过 程 中 ， 前 体 药 物 如Remdesivir的结构都转变为三磷酸（TP）形式。结果表明，Remdesivir-TP的结合能为58.94 kcal/mol，优于其他11种抑制剂，是唯一一种比Remdesivir-TP更好的抑制剂。Y. Wu等人医学信息学解锁21（2020）1004615-------------结 合 能 高 于 相 对 底 物 ATP （ 52.12 kcal/mol ） 。 这 一 结 果 表 明 ，Remdesivir-TP可以与ATP竞争活性位点终止RNA链的延伸。图4显示在Remdesivir-TP和RU 2之间形成两个氢键，这类似于AMP和UMP之间的相互作用。 另外，Remdesivir-TP与RG 8之间形成了三个氢键和一个Pi-Pi堆积，这表明Remdesivir-TP与RNA具有稳定的相互作用，从而可以取代ATP与RNA反应，从而终止RNA合成。此外，为了测试remdesivir-TP是否具有与突变的RdRp相同的结合能力，我们将remdesivir-TP对接到突变体P323 L的RdRp上（图5）。同时，我们对接ATP，法匹拉韦-TP，galidesivir-TP作为对照组。值得注意的是，即使remdesivir-TP的结合能降低至47.05 kcal/mol（表3），remdesivir-TP的结合能仍然优于其他两种抑制剂的ATP的结合能也从-52.12kcal/ mol下降到-52.12kcal/ mol。40.43 kcal/mol，低于Remdesivir-TP的结合能源我们的结论是Remdesivir-TP仍然可以与ATP竞争活性位点，显示对SARS-CoV-2突变体P323 L的抑制作用。3.3. 已批准药物为了发现更有效的Mpro药物，我们从DrugBank下载了一组已批准的药物，通过虚拟筛选来筛选潜在的抑制剂。基于计算的结合能，我们将排名前10位的化合物鉴定为潜在药物（表4）。阿卡波沙（DB 00284）的结合能最高，为99.51 kcal/mol。然而，阿卡波沙用于治疗和管理II型糖尿病[43]，从未作为抗病毒药物应用（DB01698）槲皮素-3-O-芸香糖苷（quercetin-3-O-rutinoside）是10种化合物中第二好的抑制剂（92.44 kcal/mol）。芦丁的抗病毒作用已被证明对禽流感病毒株H5N1 [44]。因此，芦丁可作为治疗COVID-19的潜在药物。第三好的 药物 是 芴醇 （DB06708）， 与 结合能88.91千卡/摩尔。值得注意的是，本芴醇是一种抗疟药，当与arthemeter联合使用时也表现出抗病毒作用[45]。达比加群酯（DB06695）的结合能为88.60 kcal/mol，可用于抑制血栓形成[46]。 二氢麦角胺（DB 00320）显示了88.36 kcal/mol，可用作血管收缩剂[47]。达比加群酯和二氢麦角胺均未报告为抗病毒药[48，49]。五肽胃泌素是一种刺激胃酸分泌的合成多肽，与达比加群酯和二氢麦角胺具有相似的结合能（88.33kcal/- mol）。戊柔比星（DB00385）、卡巴他赛（DB06772）和紫杉醇（DB01229）均为抗癌药物药物[50，51，52]，其结合能量 85.96kcal/mol、85.57 kcal/mol和84.06 kcal/mol。在这三种抗癌药物中，戊柔比星最近被证明可以抑制SARS-CoV-2 Mpro [53]。普拉佐霉素的结合能（DB 12615）的热稳定性为85.01 kcal/mol。普拉佐霉素是一种氨基糖苷类抗生素，目前还没有关于普拉佐霉素抗病毒作用的相关报道[54]。在这10种药物中，阿卡波沙和芦丁表现出较好的结合亲和力。通过比较M pro-acarbosa和M pro-rutin的 2D 配 体 - 蛋 白 质 相 互 作 用 （图1B）， 6），我们发现，芦丁与ASN142、GLU166和GLN 189通过形成氢键相互作用，与沙奎那韦相似。然而，阿卡波沙与结合口袋中的其他氨基酸如THR 24和THR 26相互作用。 因此，我们推测芦丁可能具有类似的抑制作用，见图4。ATP和Remdesivir-TP在SARS-CoV-2 RdRp上的对接姿势和2D配体-蛋白质相互作用（PDB ID：6 M71）。（A）SARS-CoV-2 RdRp与ATP的对接姿势。（B）SARS-CoV-2 RdRp结合位点处ATP的二维配体-蛋白质相互作用。（C）SARS-CoV-2 RdRp与Remdesivir-TP的对接姿势。（D）Remdesivir-TP在SARS-CoV-2 RdRp结合位点的2D配体-蛋白质相互作用。粉红箭头表示氢键;绿线表示π-π堆积;蓝红线表示盐桥。(For关于这一图中颜色的解释，请读者参阅本文的网络版。）Y. Wu等人医学信息学解锁21（2020）1004616=图五. 对接在SARS-CoV-2 RdRp突变体P323 L上的ATP（A）和remdesivir-TP（B）的2D配体-蛋白质相互作用。粉色箭头表示氢键，蓝红线表示盐桥。（有关此图例中颜色的解释，请读者参阅本文的Web版本表3三种腺苷类似物抑制剂与SARS-CoV-2突变体P323 L RdRp的结合能（kcal/mol）。配体SARS-CoV-2突变体P323 L RdRpATPb-40.43Remdesivir-TP-47.05法匹拉韦-TP-39.07Galidesivir-TP-38.84B ATP是底物表4SARS-CoV-2 Mpro.效果与沙奎那韦相同。4. 讨论我们采用蛋白质-配体对接和虚拟筛选来寻找有效的抗COVID-19药物。目前还没有药物被证明可以有效治疗这种疾病。目前，吉利德科学用于治疗COVID-19。然而，Remdesivir的疗效结果相互矛盾[57]。我们的计算模拟帮助我们进一步了解瑞德西韦和其他潜在药物对COVID-19的抑制作用和机制。首先，作为腺苷类似物前药，remdesivir-TP可以竞争活性位点DrugBankId名称ΔGbind（千卡/摩尔）描述参考与底物ATP，证明Remdesivir-TP可以阻断病毒RNA的复制。在我们准备这份手稿时，发表了SARS-CoV-2 RdRp与Remdesivir的冷冻电镜结构DB 00284阿卡波沙-99.51治疗和管理型[四十三][35 ]第35段。 与cryo-EM结构相比，核苷类似物对接和冷冻-EM结构中的Remdesivir部分略微DB01698 Rupe-92.44II型糖尿病降低毛细血管脆弱性[第四十四届]不同（RMSD2.14因为RNA分子在两个复杂结构中的位置略有不同;然而，我们的对接DB 06708 Lumefantrine-88.91抗疟药[45]结果正确预测了Remdesivir在DB 06695达比加群酯-88.60抗凝剂防止血液[46个]SARS-CoV-2 RdRp（图S1）。其次，与其他核苷酸类似物抑制剂相比，remdesivir-TP显示出最好的结合酶，DB00183五肽胃泌素DB00385戊柔比星-88.36-88.33-85.96凝块的形成血管收缩剂一种刺激胃酸分泌膀胱癌[47个][55][50]对野生型SARS-CoV-2 RdRp的反应。Remdesivir-TP与突变型P323 L的结合 能 不 如 与 野 生 型 SARS-CoV-2 RdRp 的 结 合 能 ， 这 解 释 了 为 什 么Remdesivir对所有患者都无效。尽管已证明Remdesivir可抑制人类细胞系中的病毒感染[58]，但Remdesivir在中国进行的临床试验失败[59]。另一项研究得出结论，DB 06772卡巴他赛-85.57治疗[五十一]Remdesivir是迄今为止最有希望的候选药物，DB12615普拉佐霉素DB01229紫杉醇-85.01-84.06前列腺癌抗菌活性化疗剂[五十四][五十二]候选药物法匹那韦的使用缺乏有力的支持性数据[60]。与我们的对接记录一致。临床试验失败并不能说明对接结果不可靠，因为临床试验失败可能归因于多种因素，包括患者的严重副作用、与其他蛋白质的非特异性结合、突变或耐药性发展。我们的研究结果提出了这些化合物与潜在靶点之间的相互作用，Y. Wu等人医学信息学解锁21（2020）1004617-见图6。在SARS-CoV-2 Mpro（PDB ID：6LU 7）上对接的阿卡波沙（A）和芦丁（B）的2D配体-蛋白质相互作用。粉色箭头表示氢键。(For关于这一图中颜色的解释，请读者参阅本文的网络版可以帮助我们排除不具约束力的情况，专注于可能的假设。同样，洛匹那韦-利托那韦，这是一种艾滋病毒蛋白酶抑制剂的组合，仍在辩论中。尽管对COVID-19患者没有效果，洛匹那韦-利托那韦仍然被认为是一种有希望的药物。世卫组织的治疗[16]。值得注意的是，在我们的结果中，洛匹那韦-利托那韦对SARS-CoV-2 Mpro的结合能并不最好，但沙奎那韦对cobicistat可以。尽管cobicistat是蛋白酶抑制剂的药物增强剂[41]，但不建议与沙奎那韦一起使用[61]。因此，我们推测它们中的任何一种都可能有效治疗COVID-19，而不是作为联合药物使用在此外，我们在PL蛋白上进行了配体-蛋白质对接和MM-GBSA计算 ，（PDB ID：6 W 9 C）与11种HIV-1蛋白酶抑制剂和他们的药效增强剂结果，阿扎那韦和沙奎那韦在11种化合物中显示出更好的结合能（表S1），这也证明沙奎那韦是一种潜在的候选药物。两项研究表明，依布硒啉抑制基于PLpro或Mpro的生物测定和对接实验[18，19]。与表1中的数据相比，依布硒啉的MM-GBSA相对较低（53.83 kcal/mol）[62]，但IC50值表明其有效（IC50约为1μ M）。其中一项研究提出了一种抑制机制，依布硒啉与Cys 112形成硒基-硫键，Cys 112是PLpro的催化三联体的三个残基之一。大多数通用对接评分函数是基于非共价相互作用设计的，因此，计算的结合能不能反映由共价键稳定的不可逆结合。类似地，核苷酸类似物如Remdesivir-TP也可以共价连接到结合RNA的3与底物结合位点重叠的对接姿势和与底物相当的估计结合能证明其与即将到来的核苷酸竞争并抑制病毒复制的能力。找到治疗COVID-19的有效药物是一项紧迫而重要的任务。一般来说，药物发现是耗时和复杂的[63，64]。药物再利用是获得低风险有效药物的有效策略，例如使用Remdesivir或HIV-1蛋白酶抑制剂。然而，由于瑞德西韦和洛匹那韦-利托那韦现有的相互冲突的结果，我们仍然需要寻找更有效的药物来对抗COVID-19。因此，为了加快药物再利用，我们对728种批准药物的数据集进行了虚拟筛选。尽管我们列出了SARS-CoV-2 Mpro的前10种药物的结合能不如沙奎那韦和可比司他、阿卡波沙和芦丁的那些，前两个命中显示出比洛匹那韦-利托那韦更好的结合能。此外，排名前10位的药物中有4种具有抗病毒特性， 是芦丁、苯芴醇、五肽胃泌素和戊柔比星。因此，该虚拟筛选结果可以作为进一步体外和体内测试的起点。对于RdRp，正在进行批准药物的虚拟筛选。根据分子量选择候选药物是虚拟筛选的第一步。本研究中的11种HIV-1蛋白酶抑制剂及其药物增强剂的分子量在500和800之间。为了从已批准的药物中获得相似的化合物，我们选择了728种分子量为400至1000的已批准药物。数据集中有限数量的获批药物可能无法涵盖所有潜在药物。在未来的研究中，我们应该扩大数据集，并进一步根据结构特征对候选药物进行分组。这项研究的另一个局限性是对突变体的测试有限。我们使用RdRp突变体P323L来测试所选择的抑制剂的抑制效果。即使结果表明remdesivir-TP可以与ATP竞争活性位点，remdesivir对其他突变体的抑制作用仍是未知的。因此，需要对突变体进行更多的试验来比较抑制效果。本研究的所有结果都是通过计算机模拟的方法获得的，没有实验验证;然而，药物发现是一个包括靶标识别、结构确定、对接或虚拟筛选、台架实验验证、毒性检测、临床试验等多个步骤的过程，单个实验室的一个研究项目难以完成，效率不高。每一个或两个步骤的实现和结论都可以提供线索、证据和/或给科学界的提示总的来说，我们的工作表明，与 SARS-CoV-2 Mpro 和 RdRp 的 其 他 潜 在 抑 制 剂 相 比 ， 沙 奎 韦 和Remdesivir表现出更好的结合能。 我们也支持-通过虚拟筛选提出了10种潜在的Mpro抑制剂，为发现更有效的COVID-19治疗药物提供线索Y. Wu等人医学信息学解锁21（2020）1004618==-作者贡献Y. W.收集并分析了数据。Y.W、L.G.E和B.K.D进行了对接实验，L.L.进行了所有MD模拟。Y. W.还有L.G.E.起草手稿。Y. W.协调实验。K.Y.C.和Z-R. X。构思了这个项目并修改了手册。Z-R. X指导研究。所有作者阅读并批准了最终手稿。资金这项研究得到了佐治亚大学工程学院的启动资助。数据可用性说明本研究生成的所有数据集均包含在文章/补充材料[LINK]中。竞合利益作者声明，他们没有已知的可能影响本文所报告工作确认我们要感谢佐治亚州高级计算资源中心（GACRC）和工程学院的IT部门的技术支持UGA。这项工作使用了匹兹堡超级计算中心的E x treme科学 和 工 程 发 现 环 境 （ XSEDE ） Bridges GPU ， 分 配 编 号 为 TG-DPP180005。我们也感谢Crystal Zhu和Xingzi Yuan对编辑本手稿提出的有用建议。可能被解释为潜在利益冲突的附录A. 补充数据本 文 的 补 充 数 据 可 在 https ： //doi 网 站 上 找 到 。org/10.1016/j.imu.2020.100461。引用[1] Helmy Yosra A，Mohamed Fawzy，Ahmed Elaswad，Ahmed Sobieh，KenneyScott P，Shehata Awad A. 2019冠状病毒病大流行：分类学、遗传学、流行病学、诊断、治疗和控制的全面综述。临床医学杂志2020;9（4）：1225。[2] Petrosillo Nicola，Viceconte Giulio，Ergonul Onder，Ippolito Giuseppe，彼得森·埃斯基尔德Covid-19，sars和mers：它们密切相关吗？2020年《临床微生物感染》。[3] 冠状病毒更新（实时）：30，987，709例和961，403例死亡来自新冠病毒大流行-世界计量器。https://www.worldometers.info/coronavirus/网站。于2020年9月20日访问。[4] 蔡庆贤、杨明辉、刘东静、陈军、舒丹、夏军霞、廖雪娇，顾远波，蔡秋娥，杨洋，等.法匹拉韦治疗新冠肺炎的实验室治疗：一项开放标签对照研究。2020年。 工程.[5] 曹彬、王业明、文丹宁、文柳、王景丽、范国辉、阮连国，宋斌，蔡艳萍，明伟，等.一项洛匹那韦-利托那韦治疗严重新型冠状病毒肺炎住院成人的试验。 新英格兰医学杂志2020.[6] JGordon Calvin，Tchesnokov Egor P，Woolner Emma，Jason K Perry，Joy YFeng，Porter DanielleP，GoteMatthias. 瑞德西韦是一种直接作用的抗病毒药物，能高效抑制严重急性呼吸综合征冠状病毒2型的rna依赖性rna聚合酶。生物化学杂志2020;295（20）：6785-97。[7] 尚健，万玉顺，罗初明，叶刚，耿启斌，奥尔巴赫阿什利，李芳。sars cov-2的细胞侵入机制。在：美国国家科学院院刊; 2020年。[8] Hoffmann Markus，Kleine-Weber Hannah，Schroeder Simon，Krüger Nadine，Herrler Tanja，Erichsen Sandra，Schiergens Tobias S，Herrler Georg，Wu Nai-Huei，Andreas Nitsche，et al. Sars-cov-2 cell entry depends on ace2 and tmprss2and isblocked by a clinically proven protease inhibitor. 2020号牢房[9] 夏帅，刘美琴，王超，徐伟，兰乔帅，冯思亮，齐飞飞，包琳琳，杜兰英，刘淑文，等.靶向高效泛冠状病毒融合抑制剂抑制sars-cov-2（原2019-ncov）感染它的刺突蛋白具有高的介导膜融合的能力。CellRes2020;30（4）：343-55.[10] Vaduganathan Muthiah，Vardeny Orly，Michel Thomas，McMurray JohnJV，Pfeffer Marc A，Solomon Scott D.新型冠状病毒肺炎患者中的肾素-血管紧张素-醛固酮系统抑制剂。 新英格兰医学杂志2020;382（17）：1653-9。[11] 放大图片作者：Yilmaz Nese Kurt，Swanstrom Ronald，Schiff
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